發(fā)布時(shí)間：所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：世界上稠油資源非常豐富，約占全球石油總資源量的 70% 以上。稠油開發(fā)和集輸主要采取加熱、摻
摘要：世界上稠油資源非常豐富，約占全球石油總資源量的 70% 以上。稠油開發(fā)和集輸主要采取加熱、摻稀、化學(xué)等降粘方法，以最大化挖掘其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。加熱降粘法消耗能量大，投資成本高，但適應(yīng)范圍廣;對(duì)于稠油產(chǎn)量巨大的油田，如附近有稀油資源，摻稀降粘被證實(shí)為經(jīng)濟(jì)有效 ;實(shí)踐應(yīng)用中也會(huì)摻入降凝劑或減阻劑等化學(xué)藥劑，改善稠油集輸效率。委內(nèi)瑞拉重油帶普遍采用上述三種方法進(jìn)行稠油開采。
關(guān)鍵詞 ：稠油 ;加熱降粘 ;摻稀降粘 ;化學(xué)降粘
稠油的通用定義是在地下油藏條件下黏度大于 50 mPas 或地面脫氣后黏度大于 100 mPas 的原油。根據(jù) 2014 年 EIA 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界上的稠油資源非常豐富，其中稠油、超稠油、油砂和瀝青大概占全球石油總資源量的 70% 以上，具體數(shù)據(jù)為稠油地質(zhì)儲(chǔ)量約 8150 億 t，其中又以委內(nèi)瑞拉最多，主要分布在奧里諾科重油帶，占到世界總量的 48% ;其次是加拿大，約占總量的 32% ;然后是俄羅斯、美國(guó)和中國(guó)等。稠油從本質(zhì)上說(shuō)是富含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的一種多烴類混合物，相對(duì)于普通原油，其特點(diǎn)是重度高、粘度大、流動(dòng)性差。因此，在稠油開發(fā)和集輸過(guò)程中進(jìn)行降低稠油黏度的研究，對(duì)有效挖掘稠油經(jīng)濟(jì)價(jià)值有著重要意義。本文主要綜述稠油開采和集輸?shù)母鞣N降粘技術(shù)，并簡(jiǎn)要介紹在油田的應(yīng)用情況。
1 加熱降粘法
大量實(shí)驗(yàn)研究表明，引起稠油粘度高的原因是其膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等大分子在偶極作用、電荷轉(zhuǎn)移、氫鍵作用等各種作用力下形成了膠束結(jié)構(gòu)。當(dāng)加熱溫度提高時(shí)，如果膠束結(jié)構(gòu)獲得足夠的能量能夠打破化學(xué)鍵，可使稠油粘度迅速降低 [1]。因此，稠油尤其是超稠油、特超稠油粘度受溫度變化的影響比常規(guī)原油更加敏感。室內(nèi)試驗(yàn)表明，如溫度升高 10 ℃，稠油黏度可降低一半左右。加熱降粘技術(shù)就是利用了稠油的這一特性，以加熱的方式降低稠油粘度，提高稠油流動(dòng)性，進(jìn)而減小稠油在開采和集輸過(guò)程中的摩阻損失。
1.1 加熱集輸
原油在進(jìn)入油田內(nèi)部管道或外輸管道加壓輸送前或過(guò)程中進(jìn)行加熱，降低其粘度來(lái)減少摩阻損失。加熱輸送又可分為熱處理輸送和預(yù)加熱輸送。熱處理輸送是在管輸之前對(duì)稠油進(jìn)行加熱，使稠油粘度降低到可以管輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。預(yù)加熱輸送是在輸油管道沿途加熱，保證稠油在管輸過(guò)程中維持較高的溫度和較低的粘度，常用的方式有沿途水套加熱站、熱流體預(yù)熱管道和電伴熱等。加熱集輸在高緯度寒冷地區(qū)如國(guó)內(nèi)大慶、哈薩克斯坦、俄羅斯西伯利亞等油田都得到了普遍的應(yīng)用，但加熱輸送的主要缺點(diǎn)是能耗大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，被用來(lái)作為加熱燃料的原油消耗約占整個(gè)原油輸送量的 1% 以上。另外，加熱輸送也存在著一定的安全隱患，如果輸送過(guò)程中管道溫度降低，容易發(fā)生凝管事故，再啟動(dòng)困難造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
1.2 熱力開采
稠油開發(fā)過(guò)程中應(yīng)用熱力開采法是動(dòng)用稠油儲(chǔ)量的常規(guī)做法，具體包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、SAGD (蒸汽輔助重力泄油)、火燒油層 [2]、電加熱桿等。
蒸汽吞吐是向井筒中注入高溫高壓蒸汽來(lái)加熱油藏，然后關(guān)井燜上 2~7 天，再開井排液采油。目前世界范圍內(nèi)蒸汽吞吐的采收率平均為 15%~20%，而國(guó)內(nèi)稠油熱采產(chǎn)量的 80% 是依賴蒸汽吞吐獲得，其中又以遼河油田最為典型。
蒸汽驅(qū)是稠油油藏經(jīng)過(guò)多輪蒸汽吞吐后，為進(jìn)一步提高采收率而采取的屬于三次采油范疇的熱采方法。單獨(dú)鉆取或劃分部分井作為注入井，向油層中注入高溫高壓蒸汽加熱油層，在降低原油黏度的同時(shí)，驅(qū)替地層中的原油到生產(chǎn)井中采出，采收率高于蒸汽吞吐，一般可達(dá)到 50%~60%。遼河油田某區(qū)塊，蒸汽吞吐時(shí)的采收率 24%，采用蒸汽驅(qū)后可達(dá) 53%。
SAGD 也是稠油油藏經(jīng)過(guò)蒸汽吞吐之后的加強(qiáng)版熱力采油方法。具體做法是鉆取高低位置錯(cuò)開的兩口水平井并行穿過(guò)油層，上部水平井注入高溫高壓蒸汽加熱原油，在重力作用下，原油和熱水流到位于下方的生產(chǎn)井附近，依靠生產(chǎn)井的舉升系統(tǒng)將粘度降低的原油和水采出。SAGD 具有高采油能力、高油汽比等優(yōu)點(diǎn)，可降低井間干擾，避免過(guò)早的井間連通，采收率可達(dá) 70%。在加拿大的稠油和油砂項(xiàng)目中廣泛使用 SAGD 技術(shù)，在高油價(jià)時(shí)期，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
火燒油層是在井下油層位置處點(diǎn)火，通過(guò)注入空氣或純氧維持油層燃燒并逐漸擴(kuò)大燃燒前緣范圍。油藏燃燒時(shí)發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)作用，其中稠油部分受熱裂化成輕烴，輕烴受熱揮發(fā)，在燃燒帶以外冷凝形成輕油帶。原油受熱黏度降低、燃燒產(chǎn)生的水蒸氣和 CO2 也都有利于稠油采出。在實(shí)驗(yàn)室中，火燒油層采收率可達(dá) 90%，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采收率達(dá) 50%。全球有 100 多個(gè)油田作過(guò)火燒油層現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，但大多數(shù)因技術(shù)原因，均未大規(guī)模投入應(yīng)用。
電加熱桿采油技術(shù)是借助于“集膚原理”，將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒內(nèi)原油的加熱，從而降低原油粘度，改善原油流動(dòng)性。其優(yōu)點(diǎn)是井筒加熱均勻，加熱段可控，加熱溫度可控 [3]，特別適用于水平井段稠油的開采。目前在我國(guó)勝利油田、委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶均有應(yīng)用，但在低油價(jià)形勢(shì)下，巨大的耗電量與產(chǎn)量增加有限的矛盾仍需克服。
2 摻稀降粘法
摻稀降粘是將密度和粘度較小的輕質(zhì)原油、凝析油或石腦油等按照一定的比例與稠油混合，根據(jù)相似相容原理，降低稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的濃度，使稠油粘度達(dá)到開采和管輸?shù)囊?[4]。委內(nèi)瑞拉著名的奧里諾科重油帶目前普遍采用稠油摻石腦油的方式進(jìn)行生產(chǎn)和集輸，即用地面螺桿泵井口摻稀或電潛泵井下?lián)较∨e升的方式生產(chǎn)稠油，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)油站氣液分離并計(jì)量、脫鹽脫水處理后，通過(guò) 200 km 長(zhǎng)稀釋稠油管道以不加熱的方式輸送到北部 JOSE 工業(yè)園區(qū)，拔出稀釋劑后的稠油與委內(nèi)瑞拉國(guó)家石油公司提供的 MESA30 輕油混合裝船外銷，拔出的石腦油重復(fù)利用，通過(guò)稀釋劑管道返輸?shù)接吞锢^續(xù)摻稀生產(chǎn)。
相關(guān)知識(shí)推薦：能源類論文可以發(fā)ei期刊嗎
盡管摻稀法相對(duì)于加熱法，能夠有效降低稠油開采及集輸過(guò)程中所需的溫度門檻，熱能損耗小，在停輸時(shí)也不易發(fā)生凝管事故，但僅適用于附近有稀油資源的油田，而且摻入稀油也加大了原油處理量、管道運(yùn)輸量和煉油廠負(fù)荷，增加了地面工程投資和操作成本。有學(xué)者認(rèn)為，高粘原油摻稀開采和集輸并非完善的方法，應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性、可行性，但對(duì)于委內(nèi)瑞拉這一具備巨大石油儲(chǔ)量的產(chǎn)油國(guó)而言，能夠經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)奧里諾科重油帶潛力，摻稀法未嘗不是一種有效的方法。
3 化學(xué)降粘法
我國(guó)油田生產(chǎn)積累了大量的化學(xué)驅(qū)油實(shí)踐，包括聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等，極大地提高了老油田采收率，而化學(xué)藥劑的加入也是稠油降粘的主要手段之一。目前化學(xué)降粘主要方法有水溶性乳化降粘、油溶性降粘劑降粘等 [5]。在原油管道內(nèi)也可加入化學(xué)藥劑，改善原油輸送效果，如降凝劑和減阻劑 [6]。
3.1 乳化降粘技術(shù)
向稠油中摻入含有少量表面活性劑的水溶液，形成水包油(O/W)型乳狀液(水為外相，油為內(nèi)相)。由于水與管壁的摩阻力比原油與管壁的摩阻力小很多，此方法在降低稠油黏度的同時(shí)，也降低了整個(gè)體系的流動(dòng)阻力，節(jié)約了稠油開采和輸送的動(dòng)力損耗。盡管乳化降粘方法可使稠油粘度降幅 90% 以上，但仍有諸多挑戰(zhàn) ：乳化降粘劑針對(duì)性強(qiáng)，特定的降粘劑只適合特定稠油;乳化液易反相，變成油包水(W/ O)型，導(dǎo)致粘度急劇上升，管道堵塞 ;乳狀液輸送完成后，破乳和污水處理等工序增加工藝難度和操作成本。
3.2 油溶性降粘技術(shù)
油溶性降粘劑進(jìn)入稠油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中，靠較強(qiáng)的形成氫鍵的能力，破壞膠質(zhì)和瀝青質(zhì)所形成的膠束結(jié)構(gòu)，釋放原油輕質(zhì)組分，進(jìn)而降低稠油粘度。油溶性降粘劑同樣具有選擇性，不同種類的稠油要選擇專門的降粘劑。油溶性降粘劑雖能很好地避免乳化降粘的技術(shù)缺陷(如破乳、污水處理等)，但對(duì)其研究在國(guó)內(nèi)仍處于起步階段，開發(fā)難度大，且已有的降粘劑降粘效果一般，單獨(dú)使用很難達(dá)到生產(chǎn)所需規(guī)模，需要與其他降粘工藝結(jié)合，這降低了該方法的應(yīng)用價(jià)值。
3.3 水熱催化裂解降粘法
該方法需配合稠油熱采使用，即在蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)的注蒸汽階段，稠油在少量可溶性金屬如 Ti、 V、Cr、Mn 等催化劑的作用下，與水蒸汽發(fā)生水熱裂解反應(yīng)，成為輕質(zhì)油，同時(shí)將未發(fā)生裂解的稠油稀釋。
3.4 加添加劑輸送
目前低油價(jià)條件下，委內(nèi)瑞拉油氣投資減少而又面臨保產(chǎn)增產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需要，東部主力油田地面工程建設(shè)的速率往往跟不上油田產(chǎn)量和輸送量，在此情況下在摻稀輸送的稠油中，適當(dāng)添加降凝劑或減阻劑，可進(jìn)一步改善輸送效率，提升管道輸送量。其中降凝劑可以降低原油凝固點(diǎn)、粘度，改善原油低溫流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)不加熱輸送，典型的降凝劑為丙烯酸高碳醇酯共聚物。減阻劑是某些高分子的聚合物，能使紊流狀態(tài)下的稠油減少流動(dòng)阻力，用于應(yīng)急或短期增輸場(chǎng)合。
除了上述主要的稠油降粘方法外，還包括物理場(chǎng)降黏如超聲波、微波、磁處理、電場(chǎng)、低頻電脈沖振動(dòng)波降粘等以及微生物降粘等前沿方法 [7]，但這些方法基本都停留在實(shí)驗(yàn)室或礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)階段，暫未大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，有待未來(lái)進(jìn)一步探索。
4 結(jié)論與展望
盡管加熱降粘法消耗能量大，投資成本高，但適應(yīng)范圍廣，仍是稠油開發(fā)和管道運(yùn)輸中廣泛應(yīng)用的方法。對(duì)于有充足稀油供應(yīng)的油田，或是稠油產(chǎn)量巨大的油田，應(yīng)用輕油摻稀方法未嘗不是稠油降粘的一種有效手段。成熟的化學(xué)降粘方法因其工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，可以配合加熱降粘和摻稀降黏方法聯(lián)合使用，進(jìn)一步提升稠油開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。——論文作者：潘海濱
參考文獻(xiàn) ：
[1] 王婉清，易晨曦，吳小川，等 . 稠油降粘技術(shù)概述 [J]. 四川化工，2013,2(16):13~17.
[2] 王冶紅，肖慧蘭，左毅 . 開采與集輸過(guò)程中稠油降粘技術(shù)研究進(jìn)展 [J]. 天然氣與石油， 2012,30(6):1~4.
[3] 賈建姣，劉博，曹正杰，等 . 電加熱桿在昆北油田切 12 區(qū)的應(yīng)用 [J]. 技術(shù)研究，2016,1:15.
[4] 尹嬌 . 對(duì)稠油摻水輸送的研究 [D]. 西安 : 西安石油大學(xué)，2014:2~6.
[5] 陳玉祥，王霞，等 . 表面活性劑在稠油降粘中的應(yīng)用 [J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,11(1):48~50.
[6] 陳從磊，徐孝軒，王榮娟 . 塔河油田稠油集輸工藝現(xiàn)狀及公關(guān)方向 [J]. 石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2015,1(26):30~33.
[7] 孟科全，唐曉東，等 . 稠油降粘技術(shù)研究進(jìn)展 [J]. 天然氣與石油，2009,27(3):30~34.